天津津腾实验设备有限公司
1 含油污水成分的分析
油田含油污水量较大 ,大约占油田总水量的2/3左右 ,且成分复杂,各油区含油污水的的成分也不尽相同 .主要成分有:
1)原油 油田含油污水中原油含量不稳定 ,且多以微小油滴和乳化状态两种形式存在, 特别是乳化油 ,传统的处理方法很难将其彻底除去.
2)矿化度 主要为 K + 、Na + 、Cl - ,每升含量从几千毫克到几万毫克 .
3)化学药剂 主要是水站原有的处理中加入的破乳剂 、絮凝剂、杀菌剂等.
2 油田注水的要求
对注水的要求, 国内不同的单位也有不同的标准,例如有的规定低渗透油层的注水标准为含油≤5mg/L ,悬浮固体 ≤1 mg/L , ≤2 μm 颗粒体积占颗粒总体积的 80 %以上 , 细菌 ≤100 个/mL.这次实验我们与胜利油田设计院共同将注水标准定为含油量 ≤1 mg/ L ,悬浮固体 ≤1 mg/L ,对细菌不做考察.
3 实验设计
根据油田含油污水的成分分析及油田对注水的要求 ,我们于 1995 年初与胜利油田设计院地面所联合设计了一套流量为 1.5 t/h 的实验装置 , 分别在史南 、坨三、孤二污水处理站进行了实验.
3.1 预处理装置的设计
选用 PE -4 聚乙烯微孔烧结管作为聚丙烯中空纤维微滤膜的预处理装置, 其平均孔径为 5 ～10 μm ,规格 32mm ×1 000 mm , 型号 MFE-5,外壳直径 225 mm.
3.2 聚丙烯中空纤维微滤膜组件的选择
选用 IB8-03 型组件两支 ,外壳直径80mm ,长6 30mm , 纤维根数17000根/支 , 耐压0.3MPa , 温度≤80 ℃,纯水通量 0.8 m 3 /h(25 ℃,0.2MPa).
4 污水处理实验及检测
4.1 实验流程
在实验装置中安装了温度计及流量计分别对水温和流量进行监测(图 1).
4.2 检测仪器及方法
在实验过程中 ,所有检测项目均委托胜利油田设计院化学室负责化验检测 .共取得实验数据 700余个 ,其中悬浮固体颗粒测试采用引进的美国 4100型激光颗粒计数器 , 其它指标按 SY5329-88 规定的测试设备及方法:悬浮物、滤膜系数使用孔径为0.45 μm 的滤纸、美国产的 410 型微孔薄膜过滤器进行测试, 含油量采用美国 DR/200 型油水分析仪 ,北京产 723 型分光光度计和精度万分之一的分析天平测试.测试仪器精密, 操作规范 ,保证了测试数据的准确、实验结果的真实 .
4.3 实验及检测
本次实验分别在胜利油田史南污水处理站 、坨三污水处理站和孤二污水处理站进行了为期半年的现场实验 ,结果分述如下 :
4.3.1 史南污水处理站实验阶段
史南污水处理站是 1994 年底投产的新站 ,尽管处理流程 、设施较齐全,但出水水质仍达不到低渗透油层注水水质标准, 尤其是悬浮固体严重超标 .其原水水质分析综合数据如下:
含油 3.41 mg/ L ;总矿化度 29650.88 mg/L ;总铁5.50mg/L ;SS :20.7mg/L ;MF :26.32;腐蚀速度0.0084 mm/a.
经聚丙烯中空纤维微滤膜处理后检测参数如表
1.从表中数据看 ,原水颗粒粒径变化幅度太大 ,且大部分水样滤后检测数据大于滤前数据, 实属反常现象, 据初步分析 :一个原因是与原水矿化度高有关;另一原因是与水温有关(该站污水温度一般在50 ℃左右).悬浮固体含量、滤膜系数、含油量的变化情况见表 2.从表中数据看出,除油效果相当不错, 但悬浮固
体去除不理想 ,且有一组数据反常.该阶段实验除了含油去除率得到肯定外 , 其它指标均未得出结论.
4.3.2 坨三污水处理站实验阶段
坨三站是一座老站 ,水质较差 ,不能满足聚丙烯中空纤维膜的进料要求, 故实验中在装置的前段增加了轻质滤料前处理装置, 该站污水总矿化度16 000 mg/L左右, 水温 60 ℃左右, 含油量 8 mg/L表 4 数据表明, 出水含油量基本达到预期指标 ,滤后水目视清沏透明, 但悬浮固体含量与颗粒粒径未达到要求.项目组的成员经过多次讨论, 一致认为可能是由于矿化度高、经取样后水样温度降低、部分盐结晶析出所致 .为了验证这一想法, 专门请教了石油大学的教授, 得到了肯定的答复 .但析出的晶体是何成分, 对化验结果的准确度影响有多大 ?我们又请教了化学室的专家 , 得到的答复是目前该室的检测设备与手段尚无法化验出准确的结果.于是我们认为是否有这样的可能 ,即滤后水本来是达标的 ,但经过取样、降温、化验、结晶析出, 即环境状态导致了悬浮固体与颗粒粒径的超标.为了证实这一想法 ,我们在矿化度较低的孤二污水站进行了又一次实验 .
4.3.3 孤二污水站实验阶段
孤二污水处理站原水矿化度 8 000 mg/L 左右,水温 60 ℃左右 ,处理流程只有二级除油, 实验结果见表 5 和表 6.从表中数据看出 ,实验结果均达到了超过了处理装置的设计参数 ,从而间接证明了上述的想法和推断.
4.3.4 膜的清洗及装置的运行情况
本装置在 25 ℃, 0.2 MPa 时, 纯水通量为 1.5m 3 /h ,实际运行中水温一般为 60 ℃左右 ,最高温度可达 80 ℃.由于水温的升高, 使装置的水通量在开始时有所增加 ,但随着运行时间的延长 ,水通量逐渐下降 .运行过程中发现 ,当入口压力高的时候, 膜运行的情况不如入口压力较低的时候运行得好.分别在入口压力为 0.2 MPa 和 0.3 MPa 两种不同的压力情况下考察了膜通量的变化及清洗后的情况(图2 和图 3).膜的清洗, 采用反洗 、酸洗 、碱洗方法,膜清洗的条件是装置的通量下降到 0.6 m 3 /h 以下(40%).清洗的周期主要与污水的含油量有关, 当含油量较高时 ,如在孤二污水处理站运行约 4 h 即需清洗 ;而当含油量较低时 ,如在史南站运行时清洗周期可达12 h 以上 .运行过程中我们还发现当水温达到60 ℃以上时, 封装膜组件的环氧树脂发生软化 ,致使纤维收缩,通量下降,严重时树脂脱壳造成组件报废.针对这一情况我们在组件的制作工艺上进行了一系列的改进, 改变了树脂的配比 , 增加了耐热材料,使组件的耐热性和强度有了提高 , 可达到 90 ℃不变形.
5 制水的成本及效益分析
5.1 制水成本
以10 t/h 的装置为例,装置一次性投资 11.8万元.
酸碱清洗费用 3 600 元/a电费 3 730 元/a
工资福利费用 20 000 元/a年维修费(为折旧 56%) 6 610 元/a日常维修费(为投资费 2%) 2 360 元/a其它管理费 (5000 元×定员)20 000 元/a其它费用 6 810 元/a则年经营费为 74 910 元/a年制水量 87 600 m 3 /a则制水成本 0.86 元/m 3当 仅 计 算 再 生、 电 费 时 , 制 水 成 本 为0.084 元/m3 .
5.2 效益分析
目前工业用自来水 1.14 元/m 3 , 一套 10 m3 /h的处理装置一年产成品清水 87 600 m 3 ,扣除直接制水成本, 则节约清水费用为:
(1.14-0.084)×87 600=92 506(元/a)仅节约清水费用即为年经营费用的 1.23 倍之多.
6 结论
聚丙烯中空纤维微滤膜装置处理油田含油污水是可行的 .当原水悬浮固体含量 ≤3 mg/L 时 ,经聚丙烯中空纤维过滤后, 可达到滤后水悬浮固体含量≤1 mg/ L , 悬 浮固 体颗 粒粒 径 ≤1 μm , 含 油量≤1 mg/ L ,能满足低渗透、特低渗透油层注水的要求 .
要进一步投入工业应用, 则需继续加强流程设计, 延长膜清洗周期,减少清洗费用.
